核电蒸汽发生器管板单目视觉测量研究

论文摘要

本文基于秦山Ⅱ期600MW核电蒸汽发生器管板检测项目,研究了单目视觉测量技术理论与应用。蒸汽发生器管板的几何检测项目主要为管孔孔径、孔桥、孔心距。当前的检测方法,如利用卡尺手工量测和工业测量系统等,存在接触变形、检测速度慢、检测工作量大等诸多不足。因此本论文提出了一种基于单目视觉的无接触快速管板自动检测方法。论文提出了单目视觉检测系统的构建方案。主要包括:数码相机、一组基准尺、光源、计算机等。数码相机的主要功能是获取管板数字图像;基准尺作为长度控制基准用于替代控制点;光源用于照明;计算机及系统软件主要用于数字图像处理,以及数据存储、管理、分析等。论文推导了基于长度控制的像片外方位元素求解公式,完善了基于长度约束的单目视觉测量理论。首先采用Canny边缘检测算法检测管孔边缘;再推导了基于长度控制的像片外方位元素求解方法,进行透视投影得到点位实际坐标值;最后进一步进行数据分析,得到板管管孔的几何信息,从而判断每个管孔加工是否合格。论文分析了单目视觉测量的各种误差因素。如相机标定问题、目标提取精度、影像内外方位元素解算精度、基准尺几何精度、管板平面度等。对各项误差进行了定量分析,提出了相应的控制措施。依据论文所述理论,用VC++6.0研制开发了蒸汽发生器管板自动检测系统软件,其在10分钟内可以检测100个以上管板管孔,在400mm×400mm范围内精度优于0.05mm。达到了系统的设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 计算机视觉的发展现状
• 1.2 单目视觉测量技术概述
• 1.2.1 CCD图像传感器
• 1.2.2 图像处理概述
• 1.2.3 单目视觉工业检测技术的发展现状
• 1.3 课题背景及研究内容
• 1.3.1 蒸汽发生器管板介绍
• 1.3.2 检测项目及要求
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 视觉测量总体方案设计
• 2.1 常规测量方案
• 2.1.1 卡尺配合自制量具测量
• 2.1.2 三坐标测量机
• 2.1.3 经纬仪/全站仪工业测量系统
• 2.1.4 数字近景摄影测量系统
• 2.2 单目视觉测量方案
• 2.2.1 单目视觉几何相似法测量
• 2.2.2 技术要点分析
• 2.3 单目视觉管孔自动检测系统设计
• 2.3.1 相机的选型和标定
• 2.3.2 基准尺的设计和标志
• 2.3.3 光源的选择和安置
• 2.4 管孔自动检测流程
• 第三章 管孔的识别和检测
• 3.1 图像分割与描述
• 3.2 管孔的边缘检测
• 3.2.1 图像边缘检测概述
• 3.2.2 Canny算子
• 3.2.3 Canny算子检测管孔边缘算法
• 3.3 管孔边缘跟踪识别
• 3.4 管孔精确检测
• 3.4.1 管孔中心精确定位算法
• 3.4.2 管孔孔径检测算法
• 第四章 基于长度约束的单相机坐标测量
• 4.1 单相机坐标测量原理
• 4.1.1 坐标系定义
• 4.1.2 透视投影理论
• 4.1.3 单像空间后方交会
• 4.1.4 图像坐标的倾斜纠正
• 4.2 基于长度约束的单相机坐标测量
• 4.2.1 坐标变换
• 4.2.2 长度约束条件
• 4.2.3 旋转参数求解
• 4.2.4 解算管板物点坐标
• 4.3 管板边缘位置确定算法
• 4.4 基于DOM的物体特征点单相机测量计算
• 第五章 精度测试及系统简介
• 5.1 精度评定方法
• 5.2 光源对系统测量精度的影响
• 5.3 相机外方位元素与系统测量精度的关系
• 5.3.1 摄影物距和系统测量精度的关系
• 5.3.2 摄影方式和点位坐标的关系
• 5.3.3 硬件加工对测量精度的影响
• 5.4 蒸汽发生器管板管孔自动检测系统简介
• 5.4.1 系统介绍
• 5.4.2 系统参数设置
• 5.4.3 管板图像处理
• 5.4.4 数据管理与分析
• 5.5 部分实际检测数据
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢